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用于人体脉搏检测的光纤光栅智能服装的研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 研究现状

1.2.1 光纤光栅传感器的研究现状

1.2.2 脉搏检测方法的研究现状

1.3 本课题的研究目的与意义

1.4 本课题的主要研究内容

第二章 光纤光栅智能服装的整体设计

2.1 人体腕部桡动脉结构

2.1.1 前臂及腕部桡动脉结构

2.1.2 腕部寸关尺的位置

2.1.3 脉搏波的基础理论

2.2 光纤光栅传感器的工作原理

2.2.1 光纤光栅的结构与原理

2.2.2 光纤光栅传感器的结构

2.2.3 光纤光栅传感器的传感原理

2.3 脉搏检测系统

2.3.1 脉搏检测平台

2.3.2 光纤光栅传感解调仪

2.4 智能服装的整体设计

2.5 传感装置的总体设计及理论分析

2.5.1 光纤光栅传感器的放置方式

2.5.2 传感装置的结构设计

2.5.3 传感装置的理论分析

2.6 本章小结

第三章 光纤光栅智能服装脉搏传感部分的制作

3.1 传感装置的细节设计

3.1.1 织物的选择

3.1.2 填充物的选择

3.1.3 织物选择实验的结果及分析

3.1.4 填充物选择实验的结果及分析

3.2 传感装置的制作

3.2.1 传感器织物的编织

3.2.2 填充物织物的编织

3.2.3 织物编织效果

3.2.4 传感织物的性能测试

3.3 智能服装袖口的制作

3.3.1 袖口设计要求

3.3.2 衬衣袖口的设计与制作

3.3.3 魔术贴袖口的设计与制作

3.4 脉搏传感部分的性能评价

3.4.1 与红外脉搏传感器比较

3.4.2 不同测试者的脉搏检测

3.5 本章小结

第四章 光纤光栅智能服装光纤传输部分的设计与制作

4.1 光纤传输部分的纬编工艺研究

4.1.1 光纤的弯曲剪切性能测试及分析

4.1.2 光纤的圈状拉伸测试及分析

4.1.3 纬编编织工艺

4.1.4 光纤传输损耗测试及分析

4.2 光纤传输部分粘合法的光路设计原理

4.2.1 光纤传输部分

4.2.2 光纤光路的设计

4.3 光纤传输部分的粘合法工艺研究

4.3.1 常温粘合法

4.3.2 热粘合法

4.3.3 光纤传输损耗测试及分析

4.4 智能服装袖片的制作

4.4.1 袖片的设计与制作

4.4.2 光纤光路的制作

4.5 本章小结

第五章 光纤光栅智能服装的制作及性能评价

5.1 光纤光栅智能服装的制作

5.1.1 智能服装的设计

5.1.2 智能服装的制作

5.2 光纤光栅智能服装的脉搏检测

5.2.1 智能服装脉搏检测平台

5.2.2 智能服装可靠性检测

5.2.3 智能服装的稳定性检测

5.3 结果与讨论

5.3.1 脉搏检测的可靠性

5.3.2 脉搏检测的稳定性

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 不足与展望

参考文献

发表论文和参加科研情况

致谢

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摘要

随着生活水平的提高,健康观念逐渐开始转变,从以治疗为中心转变为以预防、保健为中心,用于监测人体生理参数的智能服装引起了广泛的关注。脉搏信号能反映人体心血管系统中部分生理或病理特征,是人体的一个重要健康指标,由于光纤光栅具有体积小、重量轻、灵敏度高、与纱线兼容、抗电磁干扰等特点。本课题结合脉搏健康监护的需求,利用光纤光栅传感技术,针对检测人体脉搏的智能服装关键技术进行研究。
  智能服装主要包括脉搏传感和光纤传输两个部分。脉搏传感部分以光纤光栅传感装置为核心,以服装袖口为载体,用于检测腕部桡动脉脉搏波;光纤传输部分,位于服装的袖筒和衣片上,用于光信号的传输。
  光纤光栅传感装置主要由两层织物、填充物和光纤光栅传感器组成,并结合光纤光栅传感和材料力学理论,分析了工作原理。研究确定了外层为机织物、内层为低弹针织物的两层织物结构,以及使用高度为2cm的凹形填充物。根据使用需求,利用针织的空气层复合组织结构,实现了光纤光栅传感器和填充物的封装和固定,制作完成了智能服装的脉搏传感部分,并验证了该部分的可靠性。
  利用衬纬组织编织光纤光路,对光纤损耗较大,无法满足传输的要求。因此,结合服装制作工艺,采用热粘合法制作光纤传输部分,利用圆柱螺旋线的弯曲方式,设计了弯曲半径为25mm的光纤光路,并采用平装袖结构制作了智能服装的光纤传输部分。
  将脉搏传感和光纤传输两部分结合到服装中,完成整个智能服装系统的搭建,对智能服装的可靠性和稳定性进行了评估实验。结果表明,该智能服装能够满足预期的要求,可实现人体脉搏的检测,同时,该智能服装脉搏检测系统具有可拆卸性,满足服用和洗涤要求,为智能监护服装的研发提供了较好的参考。

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